JP2737936B2

JP2737936B2 - 電気／電子楽器

Info

Publication number: JP2737936B2
Application number: JP63189595A
Authority: JP
Inventors: 保彦旭
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-07-30
Filing date: 1988-07-30
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JPH0241098A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、楽音を電気的音響装置を介して発音する
電気楽器や電気楽器のような電気／電子楽器に関し、特
に発音可能な全音域、特に低温域にて良好な音質の楽音
を発生し得る電気／電子楽器に関する。

［従来の技術］従来、電気的音響装置を備えた楽器として電子楽器や
電気楽器が知られている。電気楽器は、ギター、ドラ
ム、笛等と同様の機械的振動により音を発生する発音装
置を備え、この機械的振動または音を一旦電気信号に変
換して電気的に増幅し、これを音響装置にて音響に再変
換して発音するもので、楽音を、前記直に発生するだけ
の場合より大音響で発音したり、特殊効果を付す等の加
工を施して発音できるようにしたものである。

一方、電子楽器は、鍵盤、ドラムパッド、呼吸気入力
装置等の発音指示手段からの指示に応じて発振器やメモ
リ等を用いた電子回路で発音信号を電気的に形成し、こ
れを音響装置を介して発音するものである。

［発明が解決しようとする課題］ところで、このような電気／電子楽器においては、従
来、音響装置の周波数特性は固定されており、幅広い発
音域を有する電子鍵盤楽器などの場合には、必ずしも全
音域にて良好な音質が得られるものではなかった。

この発明の目的は、前記従来例における問題点に鑑
み、幅広い発音域に対して良好な音質が得られる電子楽
器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するためこの発明では、演奏操作に応
じた楽音波形の電気信号を発生する発音制御手段と、こ
の電気信号を音響に変換して発音する音響装置とを具備
する電器／電子楽器において、前記音響装置が、閉じら
れた空洞とこの空洞を外部領域に音響的に連絡するダク
トからなる共鳴器と、前記空洞を形成する箱体の一部を
構成して一方の面で前記共鳴器を駆動する振動体を有す
る振動器と、前記振動器を駆動する振動器駆動手段と、
発音すべき楽音の音高まは音域を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された音高または音域に応じ
て前記空洞およびダクトの少なくとも一方の形状を制御
することによりこの音響装置の周波数特性を可変制御す
る制御手段とを設けている。本発明の好ましい実施例に
おいて、前記振動器駆動手段は、前記振動器の駆動電流
に対応する電圧信号を当該振動器駆動手段の入力側に正
帰還することによって、当該振動器駆動手段の出力イン
ピーダンス中に等価的に負性インピーダンス成分を発生
し、前記振動器に固有の内部インピーダンスを等価的に
低減あるいは無効化するように当該振動器を駆動する負
性インピーダンス発生回路とを備え、前記共鳴器からの
共鳴による音響の再生特性に対する前記共鳴器の共振系
の特性および前記振動器の振動系の特性の相互依存条件
を少なくしあるいはなくすとともに、前記共鳴器の共振
周波数を、前記振動器駆動手段が当該振動器駆動手段の
出力インピーダンス中に等価的に零以上の抵抗成分を発
生して前記振動器を駆動した場合に当該共鳴器の低温共
鳴放射能力が確保される最低周波数よりも、低く設定可
能とし、前記振動器駆動手段の発生する負性インピーダ
ンス成分の大きさを、前記振動器の共振系のＱ値が当該
振動器と前記共鳴器との合成再生特性が一様な低域再生
特性となるときのＱ値よりも小さくなるように、前記振
動器に固有の内部インピーダンスの大きさを超えない範
囲で当該内部インピーダンスを等価的に低減あるいは無
効化する値に設定している。

［作用］この発明においては、音響装置の周波数特性を可変制
御するようにしている。このため、演奏前に予め演奏内
容に応じた周波数特性を設定することにより、または演
奏時に指定された音高または音質等に応じて自動的に周
波数特性を設定するように構成することにより、高品質
の楽音を発音したり、従来にない楽音効果を実現するこ
とができる。特に音響装置の周波数特性を、共鳴器の空
洞またはダクトの形状を制御することによって可変制御
するようにした場合には、振動器と空洞またはダクトを
複数の音高または音域で共用することができるため、振
動器と共鳴器を複数の名音高または音域ごとに配設する
場合（例えば実開昭58−31598号参照）に比べて、音響
装置を大幅に小型化することができる。

なお、従来の音響装置においては、前記振動器を出力
インピーダンスが実質的に０の振動器駆動手段を用いて
いわゆる定電圧駆動していた。このような音響装置にお
いて、振動器（例えばスピーカユニット）から直接放射
される音響の出力音圧の低域側再生限界は、振動器の特
性値（f_O,Q_O）およびその振動器を取り付ける箱体（例
えばスピーカキャビネット）の容積により決定されてい
た。このため、周波数特性を任意に可変するには、可変
範囲の最低周波数を再生し得る大形の振動器および箱体
が必要であった。また、振動器および箱体を小形化する
ためにスピーカシステムとしての最低再生限界周波数は
高めに設定し、低域再生レベルの不足分を振動器駆動手
段の入力信号レベルをブーストすることにより補償する
ことも考えられる。しかし、前記従来の音響装置におい
ては、前記低域側再生限界以下の出力音圧が12dB/octで
低下するため、低域特性の大幅な補償は困難ないし不可
能であった。また、位相反転形（バスレフ形）スピーカ
システムのような共鳴器を有するスピーカシステムを用
いた音響装置においては、振動器の直接放射特性と共鳴
器の共鳴放射特性とが相互に依存するため、周波数特性
を平坦とするためには比較的厳格な設定が必要であり、
共鳴周波数を可変すると、特に極端に低く設定した際、
低域周波数特性に前記12dB/octのうねりが生じ、平坦に
する補償が困難であった。

この発明において、好ましくは振動器駆動手段が振動
器の振動体に対する共鳴器（空洞）側からの作用を打ち
消すようにこの振動器を駆動する。すなわち、振動器
は、共鳴器側からの作用に影響されない、充分に制動の
かかった、いわゆるデッドの状態で駆動される。このた
め、振動器振動体からの直接放射音響の周波数特性は振
動板の直接放射面後方の空間の容積に影響されず、この
空間の容積は、共鳴器の空洞として、かつ振動器の容器
として不都合が生じない限り、小さくすることができ、
このとき、振動器の最低共振周波数f_Oより低域における
直接放射音響の出力音圧の低下は6dB/octとなる。ま
た、共鳴器側から見れば、該共鳴器駆動時に該共鳴器側
からの作用を打ち消すように振動器を駆動するというこ
とは、振動器の振動板が共鳴器側からは駆動できない等
価的な壁と化しているということである。したがって、
共鳴器としてのＱ値は、振動器の特性値（f_O,Q_O）に影
響されず、共鳴周波数を下げても充分高いＱ値を確保す
ることができる。これにより、空洞、すなわち箱体を小
形化しても共鳴器から充分なレベルの重低音（共鳴音）
を発生することができる。また、共鳴器の共鳴周波数
は、前記直接放射特性と無関係に可変することができ、
この際周波数特性のうねりが生じたとしても通常のトー
ンコントロールと同程度の6dB/outの補償で平坦化する
ことができる。共鳴器の共鳴周波数は、前記空洞容積や
音響的質量を可変することにより可変することができ
る。さらに、周波数特性、特に低域特性は、前記振動器
駆動手段における共鳴器側からの作用打ち消しの程度を
可変することによっても可変することができる。

［効果］このように、この発明によると、必要に応じて音響装
置の周波数特性を変化させ得るため、演奏楽音の音高と
音響装置の周波数特性をマッチングさせれば高品質な楽
音を発音させることができる。また、演奏楽音の音高と
音響装置の周波数特性との組合せや、演奏中にこの組合
せを変化させる等により、従来得られなかった楽音効果
を得ることが可能になる。

また、共鳴器の空洞またはダクトの形状を制御して音
響装置の周波数特性を可変することにより、各音高また
は音域に対して振動器やダクトまたは空洞を共通に利用
することができ、音響装置自体を小型化することができ
る。さらに、振動器を、共鳴器内空気の振動体への作用
を打ち消すような振動器駆動手段で駆動することによ
り、空洞、すなわち箱体を小型化することができ、音響
装置自体をさらに小型化することができる。

［実施例］以下、図面によりこの発明の実施例を説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る電気楽器の構成
を示す。

同図の電気楽器は、箱体（スピーカボックス）１とし
て一端を中空部（ダクト）２を有する中空ピストン３に
より、かつ他端を振動器（動電形スピーカユニット）４
により塞がれたシリンダ５を用いたものである。この電
気楽器には、さらに、ドラムの膜、ギター等の弦または
リード等、演奏により自ら機械的または音響的に振動し
て楽音を発生する発音装置７、発音装置７の機械的また
は音響的振動を電気信号に変換するピックアップ等の発
音回路８およびこの発音回路８から供給される楽音信号
に基づいて前記振動器４を駆動する振動器駆動回路９等
を備えている。

この電気楽器においては、箱体１内の空洞６と中空ピ
ストン３のダクト２とによりヘルムホルツ共鳴器が構成
され、このヘルムホルツ共鳴器においては、閉じられた
空洞６内の空気バネとダクト２内の空気質量とによって
空気の共鳴現象が生じる。そして、この共鳴周波数f_OP
は、として求めることができる。ここで、V₁は空洞６の容
積、S₁はダクト２の断面積、l₁はダクト２の長さ、ｃは
音速である。中空ピストン３はシリンダ５中を前後（図
中の左右）に移動可能であり、この中空ピストン３を移
動することにより、箱体１、すなわち空洞６の容積V₁を
可変し、前記共鳴周波数f_OPを可変することができる。

前記振動器駆動回路８は、前記ヘルムホルツ共鳴器駆
動時にこのヘルムホルツ共鳴器すなわち密閉箱（空洞）
５側からの前記振動器４の作用に対する大気反作用を打
ち消すように前記振動器４を駆動する。このような駆動
装置としては、出力インピーダンス中に等価的に負性イ
ンピーダンス成分（−Z_O）を発生させる負性インピーダ
ンス発生回路や振動体の動きに対応するモーショナル信
号を何らかの手法で検出して入力側に負帰還するモーシ
ョナルフィードバック（MFB）回路等公知の回路を適用
することができる。

次に、第１図の電気楽器の作用を説明する。

この電気楽器の演奏時、発音装置７が操作されると、
発音回路８がこの発音装置７における電気的または音響
的振動を電気信号に変換する。振動器駆動回路９は、こ
の発音回路８から供給される電気信号に基づき振動器４
を駆動する。

振動器駆動回路９から振動器４に駆動信号が与えられ
ると、振動器４はこれを電気機械変換して振動板41を前
後（図中の左右）に往復駆動する。振動板41はこの往復
運動を機械音響変換する。ここで、振動板41の前面側
（図中の左面側）は音響を直接外部に放射するための直
接放射部をなしており、振動板41の後面側（図中の右面
側）は前記空洞６とダクト２からなるヘルムホルツ共鳴
器を駆動するための共鳴器駆動部をなしている。そし
て、この振動板41の後面側には、空洞６内の空気からの
大気反作用が加わるが、振動器駆動回路９は、この大気
反作用を打ち消すように振動器４を駆動する。

このように、振動器４を、前記ヘルムホルツ共鳴器駆
動時に該共鳴器からの大気反作用を打ち消すように駆動
すると、振動板41は共鳴器の側からは駆動できず、この
共鳴器側から見れば剛体すなわち壁として作用する。し
たがって、ヘルムホルツ共鳴器としての共鳴周波数およ
びＱは、振動板41と振動器４による直接放射部としての
共振周波数およびＱから独立したものとなり、かつ振動
器４からの共鳴器駆動エネルギーも上記直接放射部とは
独立して与えられることになる。また、振動器４が共鳴
器すなわち空洞６側からの大気反作用に影響されない、
いわゆるデッドの状態で駆動されるため、直接放射音響
の周波数特性は空洞６の容積に影響されない。したがっ
て、この実施例の構成によれば、ヘルムホルツ共鳴器の
空洞である空洞６の容積を直接放射音響の周波数特性に
影響を与えることなく広範に可変することができる。ま
た、空洞６の容積を従来の楽器より小さくすると同時に
共鳴周波数f_OPを従来楽器よりさらに低く設定した場合
にも、共鳴器のＱ値を充分な大きさに設定することがで
きる。さらに、この実施例の電気楽器の音響装置によれ
ば、空洞６を従来楽器より大幅に小形化したとしても、
より低音まで再生することが可能となる。

第１図において、振動器４は、振動器駆動回路９から
の駆動信号に応答して振動板41を駆動し、かつ空洞６と
ダクト２とで構成されるヘルムホルツ共鳴器に対し独立
に駆動エネルギーを与える。これにより、第１図中に矢
印ａで示すように振動板41から音響が直接放射されると
ともに、空洞６中の空気が共鳴させられて、第１図中に
矢印ｂで示すように、共鳴放射部（ダクト２の開口）か
ら充分な音圧の音響が共鳴放射される。第２図は、第１
図の電気楽器の出力音圧の周波数特性を示す。第２図に
おいて、ａは振動器４からの直接放射音響音圧の周波数
特性、ｂはダクト２の開口からの共鳴放射音響音圧の周
波数特性を示す。そして、これら周波数特性ａとｂを合
成したものｃが、箱体１（空洞６）、ダクト２および振
動器４からなるスピーカシステムの出力音圧特性とな
り、これを振動器駆動回路９の入力信号のレベルを増減
して補正したものｄが第１図の電気楽器の総合周波数特
性となる。ここでは、中空ピストン３が周波数特性可変
制御手段として作用し、この中空ピストン３をトローン
ボーンのように図中で左右にスライドさせて前記ヘルム
ホルツ共鳴器の共鳴周波数f_OPを変化させれば直接放射
音響の位相特性に悪影響を及ぼすことなく周波数特性の
下限を可変することができる。なお、この際、周波数特
性にうねりが生じた場合には前述のように振動器駆動回
路９の入力信号のレベルを増減して補正することにより
総合周波数特性を平坦化することができる。

第３図は、この発明の他の実施例に係る電気楽器の構
成を示す。この実施例においては、箱体１の容積V₁を一
定とし、ダクト２として断面積Ｓおよび長さｌの異なる
パイプを複数本並べ、各パイプ２の箱体１との連結部に
弁21を設けたものである。ここでは、弁21が周波数特性
可変制御手段として作用し、これらの弁21を開閉して１
つまたは２つ以上のダクト２を箱体１の空洞６に結合す
ることにより、ダクト２と空洞６とにより構成されるヘ
ルムホルツ共鳴器の共鳴周波数f_OPを可変することがで
きる。そして、演奏者等が演奏開始時に“開”となる弁
21を予め設定することによって、音質および周波数特性
を演奏しようとする楽曲または演奏者の好み等に合わせ
ることができる。なお、パイプ２はそのまま楽器用スタ
ンドとして利用するようにしてもよく、または楽器の側
板や背板中に収納するようにしてもよい。

第４図はこの発明のさらに他の実施例を示す。この実
施例は、２重パイプ構造の密閉箱１（1a〜1d）に小形の
スピーカユニット４（4a〜4d）を直接取り付けてなり、
容積Ｖおよびダクト２（2a〜2d）の断面積Ｓと長さｌが
異なり、したがってヘルムホルツ共鳴周波数f_OPが異な
る複数のスピーカシステム11（11a〜11d）を並べるとと
もに、駆動回路９により駆動するスピーカユニット４を
周波数特性の設定に応じて選択するための駆動スピーカ
選択制御回路12を設けたものである。

第４図の電気楽器においては、駆動スピーカ選択制御
回路10が周波数特性可変制御手段として作用し、１つま
たは２つ以上のスピーカシステム11を選択して駆動回路
９により駆動することにより、音質および周波数特性を
演奏しようとする楽曲または演奏者の好み等に合わせる
ことができる。

なお、前記第１図、第３図および第４図の実施例にお
いて、演奏音高または演奏音域を検出する発音音高（音
域）検出手段およびこの検出結果に応じて音響装置の周
波数特性を可変する制御手段を設け、音響装置の周波数
特性を演算音高または演奏音域に応じて可変制御するこ
とも可能である。具体的には、例えば第１図の電気楽器
の場合であれば、前記制御手段としてピストン駆動手段
を設け、検出音高（または音域）に従って、ピストン３
を駆動し、空洞６の容積Ｖを変化させることで周波数特
性を変化させるようにすれば、楽器演奏にリアルタイム
で対応変化する従来なかった楽音効果を有する楽器が得
られる。この場合、同時に複数の音高または音域が検出
されたときには、低音特性を向上させるという目的から
して、最低音または最低音域にに合せて制御するのが好
ましい。

次に、ヘルムホルツ共鳴器を利用したスピーカシステ
ムを負性インピーダンス発生回路で駆動する音響装置の
作用を説明する。

第５図は、第１図、第３図および第４図に示す振動器
駆動回路９と、振動器４、空洞６およびダクト２で構成
された共鳴ポート付スピーカシステムとからなる部分の
電気等価回路を示す。ここで、E_Oは駆動信号源である電
圧源を示す。また、並列共振回路Z₁は振動器４の等価モ
ーショナルインピーダンスによるものであり、r_Oは振動
系の等価抵抗、S_Oは振動系の等価スチフネス、m_Oは振動
系の等価質量を示している。直列共振回路Z₂はダクト２
と空洞６とにより構成されるヘルムホルツ共鳴器の等価
モーショナルインピーダンスによるものであり、r_Cは空
洞６の等価抵抗、S_Cは空洞６の等価スチフネス、r_Pはダ
クト２の等価抵抗、m_Pはダクト２の等価質量を示してい
る。Ａは力係数であり、振動器４が動電形直接放射スピ
ーカであるときには、Ｂを磁気ギャップ中の磁束密度、
l_Vをボイスコイルの導体の全長とするとＡ＝Bl_Vとな
る。さらに、図中のZ_Vは振動器４の内部インピーダンス
（非モーショナルインピーダンス）であり、振動器４が
動電形直接放射スピーカユニットであるときには、主と
してボイスコイルの抵抗R_Vとなり、わずかながらインダ
クタンスを含んでいる。

第６図は、第５図においてZ_V−Z_O＝０、すなわち振動
器４の内部インピーダンス（非モーショナルインピーダ
ンス）が等価的に完全に無効化されたときの電気的等価
回路である。ここでは各要素の値に付される係数を省略
してある。

この等価回路から以下のことが明らかである。

先ず、振動器４の等価モーショナルインピーダンスに
よる並列共振回路Z₁は、両端が交流的にゼロインピーダ
ンスで短絡されている。したがって、この並列共振回路
Z₁は、Ｑ値が０であり、実質的には、もはや共振回路で
はなくなっている。すなわち、この振動器４にあって
は、単にヘルムホルツ共鳴器に振動器４を取り付けた状
態で有していた最低共振周波数という概念がもはやなく
なっている。以後、振動器４の最低共振周波数f_O相当量
と言う場合には、実質的には無効化されてしまった上記
概念を仮に呼ぶに過ぎない。このように、ユニット共振
系（並列共振回路）Z₁が実質的に共振回路でなくなる結
果、この音響装置における共振系はヘルムホルツ共鳴系
（直列共振回路）Z₂のみ唯一つになってしまう。

また、振動器４は、振動系が実質的に共振回路でなく
なる結果、駆動信号入力に対してリアルタイムで線形応
答し、全く過渡応答することなく、振動器駆動回路９へ
の入力電気信号（駆動信号E_O）を忠実に電気機械変換
し、振動板41を変位させることになる。つまり、完全な
制動状態（いわゆるスピーカデッドの状態）である。こ
の状態におけるこのスピーカユニットの最低共振周波数
f_O相当値近傍の直接放射出力音圧周波数特性は、6dB/oc
tとなる。これに対し、通常の電圧駆動状態の特性は、1
2dB/octとなる。

一方、ヘルムホルツ共鳴器の等価モーショナルインピ
ーダンスによる直列共振回路Z₂は、上記駆動信号源E_Oに
ゼロインピーダンスで接続されているので、もはや並列
共振回路Z₁との間に相互依存の関係はなく、並列共振回
路Z₁と直列共振回路Z₂とは無関係に独立して並存するこ
とになる。したがって、空洞６の容積（S_Cに反比例す
る）およびダクト２の形状、寸法（m_Pに比例する）は振
動器４の直接放射特性には影響せず、また、ヘルムホル
ツ共鳴器の共鳴周波数f_CPおよびＱ値Q_CPは振動器４の等
価モーショナルインピーダンスにも影響されない。すな
わち、ヘルムホルツ共鳴器の特性値と振動器４の特性値
とは独立して設定することができる。さらに、直列共振
回路Z₂の直列抵抗は、r_C＋r_Pのみであり、これらは通
常、充分小さな値であるから、この直列共振回路Z₂、す
なわちヘルムホルツ共鳴器のＱ値は充分に高く設定する
ことができる。

別の見方をすれば、ユニット振動系は実効的には共振
系でなくなっているので、駆動信号入力に応じて変位
し、外力、特に空洞６の等価スチフネスS_Cによる大気反
作用には実質的に影響されない。このため、振動器４の
振動板41は空洞６側から見れば等価的に壁となり、ヘル
ムホルツ共鳴器から見たときの振動器４の存在が無効化
される。したがって、ヘルムホルツ共鳴器としての共鳴
周波数およびＱ値は、振動器４の非モーショナルインピ
ーダンスに依存せず、この共鳴周波数を従来の定電圧駆
動方式では共鳴のＱ値が非常に小さくなるような周波数
に設定する場合にもＱ値を充分に大きな値に維持するこ
とができる。また、ヘルムホルツ共鳴系はユニット振動
系とは全く独立して音響放射を行なう仮想スピーカとも
言うべき存在となっている。そして、この仮想スピーカ
は、ポート径に相当する小口径で実現するにもかかわら
ず、その低音再生能力から見ると現実のスピーカユニッ
トとしては極めて大口径のものに相当する。

以上を前記電気楽器に用いられているようなバスレフ
形または共鳴器付のスピーカシステムを従来のパワーア
ンプで定電圧駆動する従来方式と比較すると、該従来方
式では、周知のように、ユニット振動系Z₁とヘルムホル
ツ共鳴系Z₂との複数の共振系が存在し、しかも各共振系
の共振周波数およびＱ値は相互に密接に依存していた。
例えば、ヘルムホルツ共鳴系Z₂の共振周波数を下げるた
めにダクト２を長くしたり、細くする（m_Pが大きくな
る）と、ユニット振動系Z₁ではＱ値が高くなり、ヘルム
ホルツ共鳴系Z₂では低くなるし、空洞６の容積を小さく
する（S_Cが大きくなる）と、ダクト２を長くしたり、細
くしてヘルムホルツ共鳴系Z₂の共振周波数を一定に保っ
たとしても、ユニット振動系Z₁ではＱ値および共振周波
数が高くなり、ヘルムホルツ共鳴系Z₂ではＱ値がさらに
低くなっていた。すなわち、スピーカシステムの出力音
圧周波数特性は、スピーカユニット４の特性、空洞６の
容積およびダクト２の寸法に密接に関連しているため、
これらをマッチングさせるためには高度の設計技術が必
要であった。また、完全にマッチングさせたとしても、
一様再生の低域限界はスピーカユニット４を空洞６に取
り付けた状態での共振周波数f_OCの高々程度であり、かつ一旦マッチングさせた後は、出力音圧
特性、特に低域特性を損なうことなく空洞６を小形化し
たり、音質等の特性を損なうことなく既存のシステムの
音響再生帯域を簡単に拡大することは、一般に無理であ
ると考えられていた。また、上記ヘルムホルツ共鳴系Z₂
における共振周波数f_OPより低い帯域での周波数と直接
放射能力との関係は、音圧レベルから見れば、周波数の
低下に対して12dB/oct程度の割合で低下し、共振周波数
を前記バスレフ形または共鳴器付のスピーカシステムの
基本思想に対して極度に低く設定すると、入力信号レベ
ルの増減による補正は極めて困難になっていた。

この実施例の駆動装置は、上述のように、ヘルムホル
ツ共鳴を利用したスピーカシステムを負性インピーダン
ス駆動するようにしたため、システムのユニット振動系
とヘルムホルツ共鳴系の特性や寸法等を独立に設定で
き、かつ、ヘルムホルム共鳴系の共振周波数を低く設定
してもＱ値、低音再生能力を高く保持することができる
ようになる上、ユニット振動系の直接放射能力も強力
（6dB/oct）となるので、周波数特性のうねりを、入力
信号レベルの増減、例えば通常の音質調整程度の増減に
より補正し得る等の特徴が得られる。また、ユニット振
動系が実質的に共振系でなくなった結果、周波数f_OC近
傍における急激な位相変化がなく、位相特性も良好とな
る。このため、周波数特性および音質を損なうことなく
空洞６を小形化してスピーカシステムを小形に構成する
ことができるとともに、ユニット振動系の直接放射能力
に悪影響を及ぼすことなく共鳴周波数f_OPを可変するこ
とができる。これにより、既存のスピーカシステムを従
来の定電圧駆動による場合よりも音質を向上させ、ある
いは音響再生帯域、特に低音側を簡単に拡大して駆動す
ることができる。また、共鳴周波数を適宜可変設定して
も周波数特性のうねりを容易に補正することができ、広
い周波数範囲において、演奏内容や音楽に合った音質を
設定することができる。

なお、上述においては、Z_V−Z_O＝０の場合についての
み説明したが、Z_V−Z_O＞０の場合、ユニット駆動系およ
びヘルムホルツ共鳴系の特性値等は、上記インピーダン
スZ_V−Z_Oの値に応じて上記Z_V−Z_O＝０の場合と従来の定
電圧駆動方式の場合との間の値となる。したがって、こ
の性質を積極的に利用して、例えばヘルムホルツ共鳴系
のＱ値の調整を、ポート径を調節したり、空洞６内にグ
ラスウールやフェルト等の機械的Ｑダンパを入れたりし
て行なう代わりに、負性インピーダンス−Z_Oを調節する
ことにより行なうようにすることができる。

第７図は、前記振動器（スピーカユニット）４を負性
インピーダンス駆動するための負性インピーダンス発生
回路８の基本構成を示す。

同図の回路は、利得Ａの増幅器81の出力を振動器４に
よる負荷Z_Lに与える。そして、この負荷Z_Lに流れる電流
I_Lを検出し、伝達利得βの帰還回路83を介して増幅回路
81に正帰還する。このようにすれば、回路の出力インピ
ーダンスZ_Oは、 Z_O＝Z_S（１−Ａβ） ……（２）として求められる。この（２）式からＡβ＞１とすれば
Z_Oは開放安定形の負性インピーダンスとなる。ここで、
Z_Sは電流を検出するセンサのインピーダンスである。

したがって、この第５図の回路において、インピーダ
ンスZ_Sの種類を適宜選択することにより、出力インピー
ダンス中に所望の負性インピーダンス成分を含ませるこ
とができる。例えば、電流I_LをインピーダンスZ_Sの両端
電圧により検出する場合には、インピーダンスZ_Sが抵抗
R_Sであれば負性インピーダンス成分は負性抵抗成分とな
り、インダクタンスL_Sであれば負性インダクタンス成分
となり、キャパシタンスC_Sであれば負性キャパシタンス
となる。また、帰還回路83に積分器を用い、インピーダ
ンスZ_SとしてのインダクタンスL_Sの両端電圧を積分して
検出することにより負性インピーダンス成分を負性抵抗
成分とすることができ、さらに帰還回路83に微分器を用
い、インピーダンスZ_SとしてのキャパシタンスC_Sの両端
電圧を微分して検出しても負性インピーダンス成分は負
性抵抗成分となる。電流検出センサとしては、これらの
インピーダンス素子R_S,L_S,C_S等の他、C.T.やホール素子
等の電流プローブの用いることも可能である。

このような回路に相当する具体例は、例えば特公昭59
−51771号等に示されている。

また、電流検出を振動器の非接地側で行なうことも可
能である。このような回路の具体例は、例えば特公昭54
−83704号等に示されている。第８図BTL接続の例である
が、第７図の回路に適用することは容易である。第８図
の84は反転回路である。

第９図は出力インピーダンス中に負性抵抗成分を含む
アンプの具体的回路例を示す。

第９図のアンプにおける出力インピーダンスZ_Oは、 Z_O＝R_S（１−R_b/R_a）＝0.22（１−30/1.6）＝−3.9（Ω）となる。

［実施例の変形例］なお、この発明は、前記実施例に限定されることな
く、適宜変形して実施することができる。例えば、前記
実施例においては、共鳴器を構成するための音響的質量
手段として開口ポートを有するダクトを用いているが、
これは単なる開口やドローンコーン等の受動振動体であ
ってもよい。

また、前記実施例においては、駆動手段として主に負
性インピーダンス発生回路を用いた場合について説明し
ているが、この駆動手段は、振動器の振動体を周囲から
の反作用を打ち消すように駆動するものであればよく、
例えば特公昭58−81156号に開示されたようないわゆるM
FB回路であってもよい。

さらに、前記実施例は、この発明を電気楽器に適用し
た例を示したが、この発明は、電子楽器に適用すること
も可能である。この電子楽器は、例えば第１図の発音装
置７および発音回路８からなる発音制御部の代わりに、
鍵盤、ドラムパッドまたは呼吸気入力装置等の発音指示
手段とこの発音指示手段により指示された楽音の信号を
電気的に形成する楽音形成手段を設けたものである。こ
の電子楽器は、演奏時の楽音信号が機械的または音響的
振動を電気信号に変換したものではなく、メモリや発振
器等の電気回路において形成されることを除き、第１図
の楽器と同様に動作する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る電気楽器の構成
図、第２図は、第１図の楽器の音響装置の出力音圧周波数特
性の説明図、第３図は、この発明の他の実施例に係る電気楽器の構成
図、第４図は、この発明のさらに他の実施例に係る電気楽器
の構成図、第５図は、第１図、第３図および第４図の楽器の音響装
置部分の電気等価回路図、第６図は、第４図においてZ_V−Z_O＝０としたときの等価
回路図、第７図は、負性インピーダンスを発生する回路の基本的
回路図、第８図は、第７図の回路の変形例を示す回路図、そして第９図は、第７図の回路の具体例を示す回路図である。 1:箱体（スピーカボックス） 2:ダクト（ピストン中空部、パイプ） 3:ピストン 4:振動器（スピーカユニット） 5:シリンダ 6:空洞 7:発音装置 8:発音回路 9:振動器駆動装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】演奏操作に応じた楽音波形の電気信号を発
生する発音制御手段と、この電気信号を音響に変換して
発音する音響装置とを具備する電器／電子楽器におい
て、前記音響装置が、閉じられた空洞とこの空洞を外部領域に音響的に連絡す
るダクトからなる共鳴器と、前記空洞を形成する箱体の一部を構成して一方の面で前
記共鳴器を駆動する振動体を有する振動器と、前記振動器を駆動する振動器駆動手段と、発音すべき楽音の音高まは音域を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された音高または音域に応じ
て前記空洞およびダクトの少なくとも一方の形状を制御
することによりこの音響装置の周波数特性を可変制御す
る制御手段とを具備することを特徴とする電気／電子楽器。
【請求項２】音高を示す音高情報を発生する音高情報発
生手段と、前記音高に基づき当該音高情報が示す音高の楽音波形の
電気信号を発生する発生手段と、前記電気信号に基づき駆動される振動体、該振動体で一
部を形成された箱体、および該箱体内に形成される空洞
を外部領域に音響的に連絡するダクトからなり、前記電
気信号を音響に変換して発音する音響装置と、前記音高情報に基づき、前記音響装置の空洞またはダク
トの形状を制御する制御手段とを具備することを特徴とする電気／電子楽器。
【請求項３】前記共鳴器は、単数の空洞と、それぞれの
弁を介して該空洞に連結された互いに形状の異なる複数
のダクトからなり、前記制御手段は、前記の各弁を開閉
制御することにより、前記ダクトの形状を制御する請求
項１または２に記載の電気／電子楽器。
【請求項４】前記空洞は、シリンダと該シリンダの一端
を塞ぐ振動器の振動板および該シリンダの他端側で該シ
リンダ内を移動自在なピストンとにより形成され、前記
制御手段は、前記ピストンの位置を制御することによ
り、前記空洞の形状を制御する請求項１または２に記載
の電気／電子楽器。
【請求項５】前記振動器駆動手段は、前記振動器の駆動
電流に対応する電圧信号を当該振動器駆動手段の入力側
に正帰還することによって、当該振動器駆動手段の出力
インピーダンス中に等価的に負性インピーダンス成分を
発生し、前記振動器に固有の内部インピーダンスを等価
的に低減あるいは無効化するように当該振動器を駆動す
る負性インピーダンス発生回路とを備え、前記共鳴器か
らの共鳴による音響の再生特性に対する前記共鳴器の共
振系の特性および前記振動器の振動系の特性の相互依存
条件を少なくしあるいはなくすとともに、前記共鳴器の共振周波数を、前記振動器駆動手段が当該
振動器駆動手段の出力インピーダンス中に等価的に零以
上の抵抗成分を発生して前記振動器を駆動した場合に当
該共鳴器の低音共鳴放射能力が確保される最低周波数よ
りも、低く設定可能とし、前記振動器駆動手段の発生する負性インピーダンス成分
の大きさを、前記振動器の共振系のＱ値が当該振動器と
前記共鳴器との合成再生特性が一様な低域再生特性とな
るときのＱ値よりも小さくなるように、前記振動器に固
有の内部インピーダンスの大きさを超えない範囲で当該
内部インピーダンスを等価的に低減あるいは無効化する
値に設定したことを特徴とする請求項１記載の電気／電
子楽器。